使用光而不是热将甲烷转化为有用气体的环保催化剂

时间：2022-06-07 10:37:42来源：

甲烷存在于地壳中非常丰富的天然气中，并在现代应用中发现了许多用途，主要用作燃烧燃料。或者，甲烷可以通过在所谓的甲烷干重整 (DRM) 中与二氧化碳反应转化为氢气和一氧化碳的有用混合物，称为“合成气”。这种 DRM 反应被称为“上坡”，因为它需要消耗外部能量;热反应器必须处于超过 800 °C 的高温下才能进行有效转化。达到如此高的温度需要燃烧其他燃料，从而导致大量温室气体排放，这是气候变化的主要原因。

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研究人员没有解决用于 DRM 反应的热催化系统的这些缺点，而是尝试使用光激活的光催化剂在极低的温度下驱动甲烷的转化。尽管已经提出了各种类似光催化剂的材料，但已证明在低温下获得可接受的转化性能具有挑战性。

幸运的是，包括 Mashiro Miyauchi 教授在内的一组研究人员发现了一种很有前景的材料组合，可以作为将甲烷转化为合成气的有效光催化剂。更具体地说，研究人员发现钛酸锶与铑纳米粒子结合在光照射下，在比热反应器所需的温度低得多的温度下，将甲烷和二氧化碳转化为合成气。

研究人员确定，所提出的光催化剂不仅比之前测试的催化剂稳定得多，而且还避免了其他问题，例如催化剂颗粒的聚集(结块)和焦化(“烟灰”)。最重要的是，正如 Miyauchi 教授所说，“所提出的光催化剂使我们能够大大超越热催化剂的限制，为合成气生产提供高性能。”

研究人员还阐明了所提出的光催化剂导致甲烷转化率增强的物理机制。这种见解特别重要，因为它对其他类型的甲烷反应有影响。目前的系统需要紫外线(UV)光照射，这只是太阳光的一小部分。然而，“本研究提供了一种利用甲烷进行上坡反应的战略方法，并在化石燃料工业和可再生能源应用之间建立了联系。现在我们正在开发可见光敏感系统。”Miyauchi 教授总结道。这些发现有望带来更环保的发展，并有助于减少未来的碳排放。

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